数据库系统概论4-习

数据库系统概论4-习数据库系统基本概念关系数据库基本理论SQL语言及应用数据库安全性与完整性保护数据库设计方法与步骤数据库恢复技术原理与实践数据库系统基本概念01数据库定义数据库是一个长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的、统一管理的大量数据的集合。数据结构化数据库中的数据按照一定的数据模型组织，具有统一的结构化形式。数据共享性高数据库中的数据可以被多个用户、多个应用程序共享使用。数据独立性高数据库中的数据独立于应用程序，即数据的逻辑结构和物理结构之间的独立性。数据冗余度小数据库通过数据共享和结构化存储，减少了数据冗余。数据安全性强数据库提供了数据安全性控制机制，如访问控制、加密等，确保数据的安全性和完整性。数据库定义与特点描述数据库的组成对象以及对象之间的联系，是数据模型的基础。数据结构定义在数据结构上的操作类型和操作方式，如查询、更新、删除等。数据操作定义数据及其联系所具有的制约和依存关系，保证数据的正确性和相容性。数据完整性约束数据模型三要素三级模式结构数据库系统通常采用三级模式结构，包括外模式、模式和内模式。其中，模式是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图；外模式是用户与数据库系统的接口，是用户用到的那部分数据的描述；内模式是数据库物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式。两级映像为了保证数据的独立性和安全性，数据库系统通常采用两级映像技术，包括外模式/模式映像和模式/内模式映像。其中，外模式/模式映像保证了数据的逻辑独立性，即当模式改变时，通过修改映像而使外模式保持不变，应用程序不必改变；模式/内模式映像保证了数据的物理独立性，即当数据库的存储结构改变时，通过修改映像而使模式保持不变，从而应用程序也不必改变。数据库系统结构关系数据库基本理论02关系模型基本概念关系模型一种用二维表格结构表示实体集以及实体集之间联系的数据模型，由关系数据结构、关系操作集合和关系完整性约束三部分组成。关系数据结构单一的数据结构，即关系（二维表），每个关系有一个关系名，现实世界中的实体和实体间的联系均用关系来表示。关系操作集合一组完备的高级集合运算，包括选择、投影、连接、除等，用这些操作可以完成对数据库中数据的查询、更新等操作。关系完整性约束包括实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性，用于保证数据库中数据的正确性和一致性。

关系代数运算及优化关系代数运算包括选择、投影、连接、除等基本运算，以及集合运算（并、交、差）和笛卡尔积等，这些运算可以组合起来完成复杂的查询任务。关系代数表达式由关系代数运算组成的表达式，用于描述对数据库中数据的查询和更新操作。关系代数优化通过对关系代数表达式进行等价变换，使得查询效率更高。常见的优化策略包括减少中间结果的大小、尽早执行选择操作等。范式符合某一种级别的关系模式的集合，根据满足的约束条件的不同，可以将关系模式划分为不同的范式级别。函数依赖描述关系中属性之间的依赖关系，是规范化理论的基础。规范化将一个低级别的关系模式转换为高级别的关系模式的过程，目的是消除数据冗余和操作异常，提高数据库设计的质量。关系数据库规范化理论SQL语言及应用03SQL语言概述SQL（StructuredQueryLanguage，结构化查询语言）是用于管理关系数据库的标准语言，包括数据查询、数据定义、数据操纵和数据控制等功能。数据类型SQL语言支持多种数据类型，如字符型、数值型、日期型等。具体的数据类型可能因不同的数据库管理系统（DBMS）而有所差异。SQL语言概述及数据类型使用CREATETABLE语句创建表，定义表名、列名、数据类型等。创建表修改表删除表使用ALTERTABLE语句修改表结构，如添加、删除或修改列。使用DROPTABLE语句删除表及其所有数据。030201数据定义语言（DDL）数据操纵语言（DML）使用INSERTINTO语句向表中插入新数据。使用UPDATE语句更新表中的数据。使用DELETEFROM语句删除表中的数据。使用SELECT语句从表中查询数据，可以进行单表查询、连接查询、嵌套查询等。插入数据更新数据删除数据查询数据数据库安全性与完整性保护04用户身份鉴别访问控制数据加密审计追踪数据库安全性控制方法01020304通过用户名/密码、数字证书等方式验证用户身份，防止非法用户访问数据库。根据用户身份和角色，限制对数据库对象的访问权限，如数据表、视图、存储过程等。对敏感数据进行加密存储和传输，确保数据在存储和传输过程中的安全性。记录用户对数据库的访问和操作行为，以便事后分析和追责。通过创建视图，只暴露部分数据给用户，隐藏底层数据表结构和数据。限制数据访问视图可以封装复杂的SQL查询语句，用户只需简单查询视图即可获取所需数据。简化复杂查询视图提供了一种数据抽象的方式，使得用户可以专注于所需的数据，而无需关心底层数据结构。实现数据抽象视图机制在安全性保护中应用确保数据表中每个实体的唯一性，通常通过设置主键约束实现。实体完整性约束维护数据表之间的关联关系，确保关联数据的一致性和有效性。参照完整性约束根据业务需求，设置特定的完整性规则，如字段值范围、格式等。用户自定义完整性约束数据库管理系统应提供完整性检查机制，并在发现违反完整性约束时采取相应措施，如拒绝操作、触发器等。完整性检查和违反处理完整性约束条件设置与检查数据库设计方法与步骤0503评审和确认用户需求组织专家和用户代表对需求说明书进行评审和确认，确保需求的正确性和完整性。01调查和分析用户需求通过与用户交流、发放调查问卷、观察用户操作等方式，收集用户对数据库应用系统的需求。02整理和表达用户需求对收集到的用户需求进行整理、分类和归纳，形成清晰、准确的需求说明书。需求分析阶段任务和方法定义实体和属性根据需求说明书，定义数据库中的实体和属性，包括实体名称、属性名称、数据类型等。定义实体之间的联系分析实体之间的联系，确定实体之间的关联关系，如一对一、一对多、多对多等。构建概念模型使用实体-联系图（E-R图）等工具，构建数据库的概念模型，表达实体之间的联系和数据约束。概念结构设计阶段任务和方法123将概念模型转换为数据库管理系统支持的逻辑模型，如关系模型、层次模型或网状模型等。转换概念模型为逻辑模型对逻辑模型进行优化，包括调整表结构、优化索引、减少数据冗余等，以提高数据库性能。优化逻辑模型根据用户需求和数据特点，设计数据完整性约束，如主键约束、外键约束、检查约束等，确保数据的正确性和一致性。设计数据完整性约束逻辑结构设计阶段任务和方法数据库恢复技术原理与实践06事务故障是指事务在运行过程中由于某种原因未运行至正常终止点，事务故障的恢复是由系统自动完成的，对用户是透明的。事务故障定义当事务发生故障时，数据库管理系统需要利用日志文件来进行恢复。首先，系统反向扫描日志文件，查找该事务的更新操作。然后，系统对该事务的更新操作执行逆操作，即将日志记录中“更新前的值”写入数据库。这样，当系统恢复结束时，事务对数据库的所有更新被撤销，数据库回滚到该事务开始时的状态。恢复原理事务故障恢复原理及实现方法实现方法2.对该事务的更新操作执行逆操作。1.反向扫描日志文件，查找该事务的更新操作。3.继续反向扫描日志文件，查找该事务的其他更新操作，并重复上述过程，直到读到此事务的开始标记。事务故障恢复原理及实现方法VS系统故障是指造成系统停止运转的任何事件，使得系统要重新启动。整个系统的正常运行突然被破坏，所有正在运行的事务都非正常终止。恢复原理当发生系统故障时，数据库管理系统需要利用日志文件和数据文件来进行恢复。首先，系统正向扫描日志文件，找出在故障发生前已经提交的事务队列（REDO队列）和未完成的事务队列（UNDO队列）。然后，对撤销队列中的各个事务进行UNDO处理。最后，对重做队列中的各个事务进行REDO处理。系统故障定义系统故障恢复原理及实现方法实现方法1.正向扫描日志文件，找出在故障发生前已经提交的事务和未完成的事务。2.对撤销队列中的各个事务进行UNDO处理。3.对重做队列中的各个事务进行REDO处理。01020304系统故障恢复原理及实现方法介质故障指外存故障，如磁盘损坏、磁头碰撞、瞬时强磁场干扰等。这类故障将破坏数据库或部分数据库，并影响正在存取这部分数据的所有事务。当发生介质故障时，数据库管理系统需要利用备份文件和日志文件来进行恢复。